チタンメタルのすべて

チタンは現代の工学および技術において非常に貴重な金属とみなされています. その特異な特徴を踏まえると, 高い強度を実現できるなど, 低密度, 優れた耐食性, さまざまな産業に欠かせない素材です. 飛行機の翼から股関節置換術まであらゆるもの, チタンは私たちの日常生活を構成するさまざまなもののさまざまな部分に使用されています. チタンの用途は航空機の耐久性の向上から多岐にわたります。, スポーツ用品の性能向上や生命維持のための医療機器の強化など. 記事上で, なぜチタンがそれほど重要なのかがわかります. その特徴を調べてみると, 用途, 製造方法, 現在市場で最も広く使用されているグレード.

チタンとは?

チタン金属板

チタン(非磁性合金) 剛性が高い, 無重力, 腐食しにくい. しかし, よりも比較的高価です アルミニウム, そして 鋼鉄. 周期表では, チタンはグループに属します 4 そして期間 5 の原子番号を持つ元素の数 22 そして記号「Ti」. チタン金属は、灰色または白色の光沢のある輝く表面を持っています。. チタンは、陽極酸化として知られるプロセスによってさまざまな色合いに着色できます。. 基本原理は電圧を変えることによって行われます.

さらに, チタンは地球上で 9 番目に豊富な金属であることを知ることが重要です. 岩石に溶ける, ミネラル, 粘土, そして砂. しかし, 自然界には元の状態では存在しません. それよりも, チタンは酸素と結合し、二酸化チタンのシールド層を提供することでコンポーネントを保護します。 (TiO₂).

主に, チタンは鉱石の形で見つかることが多い. それで, 純チタンは2つの鉱物から抽出できる: ルチル, それは暗くて水晶のようなものです, そしてイルメナイト, それは灰色がかった黒色です. 加えて, アナターゼを含むチタンを生成するための鉱物がさらにあります, ペロブスカイト, ブルッカイト, そしてチタナイト.

前述したように, チタンはスチールやアルミニウムよりも高価です, そしてそれにもかかわらず, 通常、いくつかの用途で広範囲に使用されます。. 市販の純チタンはおおよその価格で入手可能です $18 そして $20 キログラムあたり. 通常, チタン合金は高価です. これらのコストの範囲は次のとおりです。 70 に 80 米ドル/質量キログラム.

チタンの主な特性

チタンの性質は化学的に分けられます。, 物理的な, と機械的なカテゴリー, さまざまな用途に合わせてそのユニークな特性を強調.

テーブル: 物理的な, 化学薬品 & チタンの機械的性質.

物理的特性	化学的特性	機械的性質
密度: 4.54 g/cm3	炭素含有量: ≤ 0.08%	抗張力: 200-1,400 MPa
融点: 1,668℃	鉄分: ≤ 0.5%	降伏強さ: 200-1,200 MPa
電気伝導性: 2.38 × 10^6 S/m	酸素含有量: ≤ 0.25%	硬度 (ブリネル): 150-400 HB
熱伝導率: 21.9 W/m・K	窒素含有量: ≤ 0.03%	伸長 (延性): 10-30%
磁気特性: 非磁性	水素含有量: ≤ 0.015%	弾性率: 105-120 GPa

チタンはどのように作られるのか?

チタンの製造にはいくつかの重要なステップが含まれます: 以下にチタンの製造工程を説明します。:

• チタン鉱石の採掘: すべてのチタン鉱石の中で、最も一般的に使用される 2 つのタイプはイルメナイトです。 (FeTiO₃) そしてルチル (TiO₂). 二酸化チタンを得る目的で、以下の鉱石が採掘および加工されています。.
• 四塩化チタンへの変換 (TiCl₄): チタン化合物の製造の主な手順には、二酸化チタンの塩素化が含まれます。. さらに遠く, 四塩化チタンに変化します. それぞれのプロセスには二酸化チタンと塩素ガスの使用が含まれ、これら 2 つは熱によって処理されます。.
• 金属チタンへの還元: 次に、四塩化チタンはクロール反応器を使用して金属チタンに還元されます。, およびハンタープロセス. これらのプロセスでは, 四塩化チタンを高温でマグネシウムと反応させ、塩化チタンと塩化マグネシウムを生成します。 (MgCl).
• 精製と合金化: 覚えて, 材料のチタン金属は純粋であり、望ましい特性を得るには他の成分と合金化する必要があること. 合金化に広く使用されている成分にはアルミニウムがあります。, バナジウム, とモリブデン.
• 加工と製作: これらのフォームにはシートフォームが含まれます, ロッドフォーム, ユーザーの要件に応じて、さまざまな形状のチューブやチューブなどの形状を選択できます。. さらに遠く, 旋削加工により様々な工程を経て完成品が完成します。, 溶接, キャストなど.

部品の製造に一般的に使用されるチタンのグレード

チタンは、用途や材料の仕様に応じてさまざまなグレードが用意されています。. これらのグレードは通常、化学組成と機械的特性に応じて分類されます。. チタンの一般的なグレードは次のとおりです。:

1. 学年 1

説明: 通称コマーシャルチタン, チタンのすべてのグレードの中で延性が最も高く、強度が最も低いです。.

化学組成: 99.5% チタン.

機械的性質:

• 抗張力:240MPaまたは 35 クシ
• 降伏強さ: 170 MPa (25 クシ)
• 伸長:24%

2. 学年 2

説明: このグレードは、優れた強度と優れた延性を特徴としています。.

化学組成: 約 98.9 チタン化合物パーセント, 残りは鉄と酸素です.

機械的性質:

• 抗張力:350 MPa (50 クシ).
• 降伏強さ: 引張強さは以下の通りです 275 MPa (40 クシ).
• 伸長: 20%

3. 学年 3

説明: 対象のグレードはグレードよりも強力です 1 そして 2 ただし、2 つのグレードに比べて延性が低い.

化学組成: その周り 97.5% 主要な合金元素として鉄と酸素を含むチタン.

機械的性質:

• 抗張力: 材料の降伏強さは、 450 MPa (65 クシ).
• 降伏強さ: 通常, 材料の密度は 380 MPa (55 クシ).
• 伸長: 15%

4. 学年 4

説明: 学年 4, 高い強度と比較的適度な延性を持っています, 通常, 高い強度が求められる箇所に適用されます.

化学組成: それは約 90% チタンや鉄などの微量元素, 酸素, その他.

機械的性質:

• 抗張力: 550 MPa (80 クシ).
• 降伏強さ:480 MPa (70 クシ)
• 伸長: 10%

5. 学年 5 (Ti-6Al-4V)

説明: 高強度と良好な溶接性により、チタン合金の中で最も人気のある合金です。. 学年 5 合金成分としてアルミニウムとバナジウムが含まれています. 比較的, プロトタイプ製造のための 3D プリンティング アプリケーションで使用されます.

化学組成: 含まれています 90% チタンの, 6% アルミニウムの, そして 4% バナジウムの.

機械的性質:

• 抗張力: 900 MPa (130 クシ).
• 降伏強さ: 830 MPa (120 クシ)
• 伸長: 14%

6. 学年 7

説明: 学年 7 パラジウムを配合することで腐食特性が強化されました。. それは通常、次の中にあります ベータ 成績.

化学組成: について 90 チタンパーセントと少量のパラジウム.

機械的性質:

• 抗張力: 材料の降伏強さは、 370 MPaまたは 54 クシ.
• 降伏強さ: 通常, 275 MPa (40 クシ).
• 伸長: 20%

7. 学年 9 (Ti-3Al-2. 5V)

説明: 軽量で高強度、疲労特性に優れたグレード, 航空宇宙やスポーツ用品に使用される.

化学組成: 90% チタン, 3% アルミニウム, 2.5% バナジウム.

機械的性質:

• 抗張力:620 MPaまたは 90 クシ
• 降伏強さ: 海洋プラットフォームの建設に使用される鋼の材料特性は次のとおりです。 480 MPa (70 クシ) 抗張力.
• 伸長:15%

8. 学年 23 (Ti-6Al-4V ELI)

説明: これは、Grade の低インタースティシャルのバリアントです。 5, 通常、破壊靱性が向上します. 医療用インプラントで一般的に採用されている.

化学組成: 90% チタン, 6% アルミニウム, 4% 酸素含有量の少ないバナジウム.

機械的性質:

• 抗張力:860 MPa (125 クシ)
• 降伏強さ:795 MPa (115 クシ).
• 伸長:14%

チタンのさまざまなグレードには独自の特徴があり、航空宇宙などの分野でのさまざまな用途に適しています。, 医学, および産業用途.

チタンの機械加工作業

チタン加工

チタンは加工が少し難しい. 剛性が高くて強いので. それで, 材料の特性により、特定のプロセスを実行する必要があります. 機械加工で使用される一般的な操作には、次のようなものがあります。 CNC旋削加工, フライス加工, 掘削, そして たたく. チタン合金は通常、カッターの熱と摩耗を最小限に抑えるために低速で加工されます。. 超硬切削工具はチタンの摩耗をより保護するために使用されます。. 高精度な作業に, 公差は±0.005インチまで厳しくなる可能性があります. さらに, 他のいくつかのテクニックも実行できます。 放電加工 (放電加工), 従来の方法による形状や機械加工が難しい領域のレーザー切断.

チタンの産業応用

いくつかの分野にわたるチタンの一般的な用途を理解しましょう:

航空宇宙産業

航空宇宙産業はチタンの大量消費者です. チタンとその合金は通常、ジェットエンジン部品などの航空機の部品に使用されています。, 着陸装置, 機体構造, および排気システム. これらの材料は、高い強度重量比と耐食性を備えているため、これらの高応力領域に特に適しています。.

医療産業

医療業界では, チタンは外科用器具の製造に応用されています, と歯科, および補綴装置. これにより、人間の組織と適合するため、移植しても副作用が引き起こされません。.

自動車産業

自動車産業はチタンの最大の消費国の一つです. チタンはレースカーやハイエンドの高級車などの製品の製造に役立ちます. 排気システムの製造に使用されます, バルブ部品, 車両の軽量化と高強度化を実現するサスペンションシステム.

化学処理産業

前に議論したように, 環境によって腐食されにくいチタン素材. それで, ポンプバルブの製造に使用できます, 熱交換器, 化学プラント用配管システム. さらに遠く, 非常に攻撃的な化学物質を処理できるという利点も追加されました。, 機器の寿命を延ばします.

海洋産業

チタンは高い耐食性を持っています. それで, プロペラシャフトなどの船舶の部品や付属品の製造に広く使用されています。, 船体付属品, および海水システム, 海洋環境において高い耐久性とメンテナンスの負担を軽減します。.

結論

結論としては, チタン素材の独特の特性のため, 必要な公差に合わせて機械加工することが可能です. 航空宇宙分野での応用が可能な多彩なグレード, 医学, および産業分野. しかし, チタンは機械加工性が悪い, プロセス中に適切なツールと技術を使用すれば、非常に正確に機械加工できます。. これにより、チタンは、強度と精度が重要となるあらゆる用途において価値のあるものになります。.

よくある質問

Q1. チタン合金の主な分類は何ですか?

チタン合金は大きく3種類に分類される: アルファ合金を含む, ベータ合金, およびアルファベータ合金. アルファ合金は、高い強度と許容可能な程度の延性を備えた合金です。. ベータ合金は機械的特性を向上させます, 高度な強度, 加工性の向上. アルファ-ベータ合金にはアルファ相とベータ相の両方が含まれているため、両方の相に関連する特性が示されます。.

第2四半期. チタンは腐食に関して他の金属と比べてどのように劣りますか?

チタンには自然酸化層があり、錆びや腐食に強いです。; したがって, 海水でも使用できます, 酸, およびその他の腐食環境.

Q3. チタンが航空宇宙用途に使用される理由?

チタン素材なので非常に軽量です, それでいてとても強い, 航空宇宙用途に最適です. 高い強度を実現します, しかしそれは約です 50% 鋼鉄より軽い. したがって, 航空機や宇宙船のコンポーネントの燃料効率と性能を大幅に向上させます。.

Q4. チタンの生体適合性の理由?

チタンは人体に使用してもネガティブな反応を引き起こしません。. 結局, 人間の組織と簡単に結合できます. 非粘着性で化学的に不活性な表面のため, 外科用インプラントや義肢に使用しても炎症を引き起こしません。.

Q5. チタンはどのように機械加工され、製造されるのか?

他の多くの金属と同様にチタン. 従来の方法で加工可能. しかし、非常に硬くて強い金属です, したがって、特殊なツールと加工方法が必要です. これらには高速加工が含まれます, 精密研削加工から放電加工まで (放電加工). 製造に関わるその他のプロセスには溶接が含まれる場合があります。, 鋳造, 鍛造, など、要件に応じて.